风力机气动-结构仿真平台构建与计算

发布时间：2021-11-03 16:06

　　为在研究大型风力机气动性能的同时考虑其结构动力学特性,基于开源计算流体力学软件OpenFOAM及气动-水动-伺服-控制软件FAST,并结合致动线方法（Actuator Line Method,ALM）实现风力机叶轮周围流场信息与结构响应间的数据交换,最终完成风力机气动-结构仿真平台FASTFOAM构建。通过该平台计算了风场中两台串列布置5 MW风力机的气动性能及结构动力学特性。结果表明:FASTFOAM平台能够快速计算出风力机的功率输出、结构响应及流场信息;风力机尾迹在发展过程中可持续与周围流场进行能量交换而使其速度亏损得以弥补;下游风力机受上游风力机尾迹影响严重,输出功率只有上游风力机的21.05%,且结构动力学响应与上游风力机不同;上游风力机和下游风力机叶轮的主要刺激频率分别为0.16和0.15 Hz。 

【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(02)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

体积力光顺示意图

通过耦合OpenFOAM与FAST,并结合ALM构建气动-结构平台FASTFOAM。在一个时间步内,该平台首先由OpenFOAM计算风场流动,然后通过ALM读取风轮各叶片位置及附近流场信息以计算叶片升阻力并将其传递给FSAT,FAST调用ElastoDyn模块计算叶片结构动力学响应,同时ALM将体积力投射至风轮周围流域,最后更新叶片位置及风场流动变量以进入下一个时间步,软件间关系及主要流程如图2所示。4 研究对象与模拟参数

风场中风力机的布置

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LES方法的气动弹片对风力机翼型气动特性影响研究[J]. 周伟,叶舟,李春,郝文星.  热能动力工程. 2019(05)
[2]考虑中尺度台风效应的大型风力机体系气动性能分析[J]. 柯世堂,徐璐.  东南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]基于致动线方法的风力机组尾迹控制策略研究[J]. 王渊博,李春,缪维跑,杨阳,丁勤卫.  太阳能学报. 2018(11)
[4]基于仿生学的风力机塔架结构设计及其力学性能分析[J]. 刘宇航,丁勤卫,李春,杨阳.  热能动力工程. 2018(08)
[5]考虑SSI效应的风力机塔架地震动力响应时频特性分析[J]. 刘中胜,杨阳,李春,邹锦华.  动力工程学报. 2018(07)
[6]地震强度对小型风力机动力学响应影响研究[J]. 邹锦华,杨阳,李春,刘中胜.  热能动力工程. 2018(01)
[7]基于全风场功率输出的风力机控制策略研究[J]. 王渊博,李春,缪维跑,杨阳,丁勤卫.  中国电机工程学报. 2017(15)

博士论文
[1]漂浮式风力机动态响应及气动特性研究[D]. 刘强.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014



本文编号：3473971